ВРемонт.su — ремонт фото видео аппаратуры, бытовой техники, обзор и анализ рынка сферы услуг

Home Автоэлектроника Автомобильные лампы накаливания

Автомобильные лампы накаливания

В качестве источника света в световых приборах автомобилей используют электрические лампы накаливания. При прохождении электрического тока нить накала лампы нагревается и при определенной температуре начинает излучать свет. Энергия светового излучения, воспринимаемого человеческим глазом, составляет только небольшую часть потребляемой лампой электрической энергии. Большая часть электрической энергии выделяется в виде тепла.

Автомобильная лампа состоит из колбы 1 (рис. 2), одной или двух нитей накала 2 и 3, цоколя 7 с фокусирующим фланцем 5 или без него и выводов 6. Нити накала в двухнитевых лампах имеют различное функциональное назначение. Двухнитевые лампы обеспечивают работу автомобильных фар головного освещения в режимах ближнего и дальнего света.

Нить накала должна выдерживать высокие температуры, иметь малые размеры. Поэтому ее изготовляют из тонкой вольфрамовой проволоки, свитой в цилиндрическую спираль. Спираль крепится к электродам и обычно имеет вид прямой линии или дуги окружности. Тугоплавкий вольфрам имеет температуру плавления 3380 °С. Спираль нагревают до температуры 2300-2700 °С. С повышением температуры спирали увеличивается яркость и световая эффективность излучения лампы. Однако при температуре свыше 2400 °С вольфрам начинает интенсивно испаряться и, оседая на стенках стеклянной колбы, образует темный налет, уменьшающий световой поток лампы.

Рисунок 2. Автомобильные лампы накаливания:
а — фар головного освещения с европейской асимметричной системой светораспределения; б — галогенная категории Н1, в — галогенная категории НЗ; г — галогенная категории Н4; д — двухнитевая штифтовая; е — однонитевая штифтовая; ж — пальчиковая; з — софитная; 1 — колба; 2 — нить дальнего света; 3 — нить ближнего света; 4 — экран; 5 — фокусирующий фланец; 6 — выводы; 7 — цоколь.

Вольфрам интенсивнее испаряется в вакуумных лампах. Поэтому лампы мощностью свыше 3 Вт заполняют смесью инертных газов аргона и азота или криптона и ксенона. Благодаря большему давлению инертных газов в колбе газонаполненной лампы допускается более высокая температура нагрева спирали, что позволяет увеличить световую эффективность до 14-18 лм/Вт при сроке службы 125-200 часов.

Повышение температуры нити накала до 2700-2900 °С достигается в галогенных лампах, имеющих большую на 50-60 % световую эффективность, чем лампы обычного типа. Колба галогенной лампы заполняется инертным газом и небольшим количеством паров йода или брома. В этих лампах частицы вольфрама, осевшие на стенках колбы после испарения нити накала, соединяются с парами йода и образуют йодистый вольфрам. При температуре колбы из кварцевого стекла 600-700 °С попадающий на нее йодистый вольфрам испаряется, диффундирует в зону высокой температуры вокруг нити накала и распадается на вольфрам и йод. Вольфрам оседает обратно на нить, а пары йода остаются в газовом пространстве колбы.

Галогенные лампы отличаются от обычных ламп накаливания меньшими размерами колбы и повышенной яркостью нити накала. Так как вольфрам не оседает на поверхности колбы, она остается прозрачной в течение всего срока службы лампы.

Цоколь служит для крепления лампы в патроне светового прибора и подведения тока от источника энергии к электродам, соединяющим контакты цоколя с нитями накала. Автомобильные лампы (см. рисунок 2) имеют штифтовые или фланцевые цоколи различной конструкции. В лампе с штифтовым цоколем трудно обеспечить точное расположение нити накала относительно штифтов. Штифтовый цоколь не позволяет надежно фиксировать лампу в патроне. Поэтому лампы с штифтовыми цоколями применяют в основном в световых приборах, к светотехническим характеристикам которых не предъявляют жестких требований.

Для точной фиксации нитей накала относительно фокуса параболоидного отражателя лампы автомобильных фар снабжают фокусирующим фланцевым цоколем. В конструкции фланца обязательно предусматривается элемент, позволяющий устанавливать лампу в оптический элемент только в одном определенном положении. Снижение вибрационных нагрузок на нить накала и на устройство для крепления лампы в патроне достигается эластичной подвеской патрона или светового прибора на автомобиле.

Сила тока, потребляемого лампой, световой поток и световая эффективность излучения зависят от напряжения источника электроэнергии. При повышении напряжения относительно расчетного значения увеличиваются сила тока, температура спирали, световой поток и световая эффективность, но резко сокращается срок службы лампы. При понижении напряжения нить накала нагревается меньше, поэтому световой поток и световая эффективность излучения уменьшаются. При снижении напряжения на 50-60% лампа практически не излучает свет.

Напряжение питания автомобильных ламп накаливания зависит от настройки регулятора напряжения, состояния источников электроэнергии и цепей питания световых приборов, от числа включенных потребителей, площади сечения и протяженности соединительных автомобильных проводов. Лампы должны выдерживать допустимые в системе электрооборудования автомобиля колебания напряжения.

Очень важно правильно выбрать расчетное напряжение автомобильных ламп. Отечественная промышленность выпускает лампы с номинальным напряжением 6, 12 и 24 Вольт. Их расчетное напряжение выше и составляет соответственно 6,3-6,75, 12,8-13,5 и 28 Вольт. При слишком высоком расчетном напряжении лампы будут гореть с недостаточным накалом и не обеспечат требуемых светотехнических характеристик светового прибора. При слишком низком расчетном напряжении существенно снижается срок службы лампы.

Характеристики световых приборов обычно нормируют при установке в них ламп напряжением 12 Вольт. При других номинальных напряжениях требуемые характеристики тех же световых приборов обеспечивают путем соответствующих изменений в конструкции лампы.

Автомобильные лампы накаливания отличаются по назначению, конструкции, по электрическим и светотехническим параметрам.

В обозначении отечественных автомобильных ламп (например, А12-45 ± 40) буква А указывает тип лампы (автомобильная); первая цифра — номинальное напряжение (6,12 или 24 В); вторая и третья цифры, соединенные знаком +, потребляемую мощность нитей накала (в случае однонитевой лампы указывают одну цифру). Для галогенных ламп дополнительно вводят буквы К (кварцевая) и Г (галогенная), например, АКГ12 — 60 + 55. Модификацию лампы указывает третья или четвертая цифра, записываемая через тире.

Для фар головного освещения с европейской системой светораспределения выпускают двухнитевую лампу со специальным унифицированным фланцевым цоколем типа Р45t-41 (см. рис. 2, а). Фланец 5 ступенчатой формы напаян на цоколь 7 диаметром 22 мм. Наличие двух базовых опорных поверхностей фланца позволяет применять лампу в оптических элементах фар с фокусными расстояниями 27 и 22 мм. Лампа имеет три штекерных вывода 6 под контактную колодку. Ее вставляют в оптический элемент с задней стороны отражателя и закрепляют пружинящими защелками. Отечественные лампы А12 — 45 + 40 и А24 — 55 + 50 с фланцевым цоколем типа Р45/-41 по конструкции и характеристикам аналогичны двухнитевой лампе категории R2.

В фарах с американской системой светораспределения установлены двухнитевые лампы А12 — 50 + 40 с цоколем 2ФД42 (международное обозначение P42d). Припаянный к цоколю фланец диаметром 42 мм имеет вырубку, которая исключает неправильную установку лампы в отверстии отражателя. По ГОСТу двухнитевые лампы А6 — 35 + 35 и А12 — 35 + 35 выпускаются с штифтовым цоколем типа BA20d.

Однонитевая лампа А12 — 35 с штифтовым цоколем типа BA20s предназначена для противотуманных автомобильных фар. Она соответствует лампе категорйи F2.

Установлены четыре категории галогенных ламп: H1, Н2, НЗ и Н4. В однонитевых лампах категорий H1 и Н2 нить накала в виде прямого цилиндра расположена вдоль оси цоколя. Нить накала лампы категории НЗ закреплена на электродах перпендикулярно оси цоколя. Лампа категории Н4 имеет нити дальнего и ближнего света и предназначена для фар с европейской системой светораспределения. Однако она не взаимозаменяема с лампой категории R2, так как требует изменения конструкции рассеивателя. В галогенных лампах всех категорий конструкции цоколей различны. В соответствии с требованиями международных норм галогенные лампы имеют специальные фланцы, которые исключают их применение в обычных фарах головного освещения.

Отечественной промышленностью выпускаются двухнитевые галогенные лампы АКТ 12 — 60 + 55 и АКГ24 — 75 + 70 (категории Н4) для головных фар с европейским светораспределением и однонитевые лампы АКГ12-55, АКГ24-70 (категории H1) и АКГ12 — 55-1, АКГ24 — 70-1 (категории НЗ) для прожекторов и противотуманных фар.

Светосигнальные приборы автомобиля обеспечивают необходимые светотехнические характеристики при силе света до 700 кд. Номинальная мощность ламп светосигнальных приборов не превышает 21 Вт.

ГОСТ устанавливает пять категорий автомобильных ламп для светосигнальных фонарей и четыре категории ламп малой мощности для габаритных фонарей, для внутреннего освещения, салона, кабины, багажника и т. д.

Для сигналов торможения и указателей поворота выпускают лампы А12-21-3 и А24-21-2 с штифтовым цоколем типа BA15s/19. Двухнитевая лампа А12-21 +5 с цоколем типа BAY15d/19 предназначена для фонарей, совмещающих функции габаритного огня и сигнала торможения. В габаритные фонари устанавливают однонитевые лампы А12-5 и А24-5 с цоколем типа BA15s/19. Такой же цоколь имеет лампа А12-8. Выпускают также софитные лампы АС12-5 и АС24-15 с цоколем типа SV8,5/8. Для габаритных фонарей дополнительно выпускают лампы АМН-12-3, А24-2 и АМН-24-3, а для освещения приборов — лампы А12-08 с цоколем BA7s/11. Миниатюрный цоколь BA9s/14 имеет однонитевая лампа А12-4.

Всё, что вы хотели знать про автолампы, но стеснялись спросить. Часть 1/3. Лампы накаливания.

Лампы накаливания известны очень давно, и на сегодняшний день технологии их производства достигли своего физического предела. В автомобиле они в основном применяются в качестве сигнальных: габариты, поворотники, стопсигналы. Это именно классические лампы накаливания: воздух из колбы откачан до достаточно глубокого вакуума, чтобы присутствующий в атмосфере кислород не окислял вольфрам. Вольфрамовая спираль работает при очень высокой температуре, максимально близкой к температуре плавления. Поэтому металл с поверхности нити активно испаряется, оседая на более холодной колбе, которая покрывается изнутри блестящим серым налетом, не пропускающим свет.

Спираль со временем истончается и лампа перегорает. Так заканчивают свой недолгий век габаритные лампы и лампы стоп-сигналов. А учитывая, что они прослужили одинаковое количество часов и были взяты из одной партии — я настоятельно вам рекомендую при перегорании одной из сигнальных ламп менять их все разом, потому что вслед за одной перегорят и остальные с небольшим промежутком времени.

Более продвинутой версией лампы накаливания является галогенная лампа.

В этих лампах наоборот, создано избыточное давление смеси инертных газов с примесями галогенидов. При этом последние вступают в обратимую химическую реакцию с испаряющимися молекулами вольфрама, не давая им долететь до колбы. Эти соединения затем распадаются на поверхности раскаленной добела спирали, высвобождая металлический вольфрам. Такие меры позволяют поднять рабочую температуру спирали, увеличить яркость и продлить ресурс лампы. Однако со временем вся спираль, которая у новой лампы гладкая и блестящая покрывается металлическим ворсом от происходящих в лампе превращений.

Спираль новой лампы

Спираль лампы, проработавшей некоторое время (увеличение по клику на картинке)

Дело в том, что при рабочей температуре спирали, близкой к температуре плавления происходит процесс роста кристаллической решетки металла — т.н. рекристаллизация.

Со временем спираль становится рыхлой, молекулярные связи между отдельными кристаллами нарушаются, в таких местах возникают зоны повышенного электрического сопротивления, в то время как остальные области спирали в холодном состоянии наоборот имеют очень низкое сопротивление.

По этой причине большинство ламп накаливания перегорают именно в момент включения: где тонко, там и рвется. В зонах повышенного сопротивления выделяется запредельное количество тепла, которое расплавляет вольфрам и лампа с эффектным хлопком и вспышкой перегорает. Кстати, устройства плавного пуска позволяют отсрочить этот момент, продлевая срок службы ламп в 3-5раз. Этот принцип мы используем в своём реле ходовых огней РХО-23 — все режимы работы ламп в этом реле реализованы с постепенным нарастанием рабочего напряжения.

Еще одна распространённая причина выхода из строя ламп накаливания, особенно новых — загрязнения колбы.

На поверхности нашей кожи, даже на только что вымытых руках содержатся выделения сальных желез, которые оставляют практически невидимые отпечатки пальцев (да, привет дактилоскопистам!)

Эти отпечатки, оставленные на поверхности колбы новой лампы начинают испаряться при включении лампы, вызывая интенсивное охлаждение той части колбы, на которой они находятся, в то время как остальная колба быстро нагревается. Из-за существенной разницы температур в стекле возникают термические напряжения, которые могут разрушить колбу.

Поэтому всегда обезжиривайте новые лампы перед их установкой, например, очистителем карбюратора — продается в любом автомагазине, стоит недорого и очень эффективно удаляет загрязнения с поверхности колбы.

Прогресс в области ламп накаливания, к которым кстати относятся все без исключения газонаполненные лампы (галогенки) приблизился к своему физическому пределу.

Кстати все галогенные лампы являются газонаполненными, поэтому выделение газонаполненных ламп в отдельную группу — не более чем рекламный трюк. Это именно обычные галогенки, да еще и с колбой, как правило, окрашенной в голубой или синий цвет. Цветная колба — это вообще идиотизм, потому что она представляет собой светофильтр, пропускающий определенный цвет, и отсекающий самую эффективную часть спектра лампы: желтую и красную. Т.е. светит такая лампа значительно хуже обычной, а стоит зачастую в 5-10 раз дороже! И что самое печальное — в этой помойной теме засветились все именитые бренды. А чтобы не проходить омологацию, они пишут на этих говнолампах что то вроде «не для использования на территориии Европы и США». Или «не для дорог общего пользования». Но вся реклама всё равно направлена на обычные авто для дорог общего пользования. Такое вот англосаксонское «двоемыслие» по Оруэлу и «просто бизнес, ничего личного».

В итоге светят такие лампы немного «белее» обычных, но вот беда: светоотдача у них ожидаемо хуже, и в сырую погоду с ними нихрена не видно! Проведите простой эксперимент: поставьте такую лампу только в одну фару, а вторую пока не трогайте и включите ближний свет. Затем попеременно закрывайте своей тушкой свет от каждой из фар и сравнивайте пятно на дороге. Уверяю вас: сильно удивитесь!

Венцом творения в сфере ламп накаливания являются HIR лампы.

Эта аббревиатура расшифровывается как halogen infrared reflective. Можно сказать, это физический предел технологии производства ламп накаливания. В hir лампе применена шарообразная колба, на поверхности которой сформировано так называемое горячее зеркало — например, послойное напыление металлического серебра и окиси индия для защиты серебра от окисления. Такое покрытие отражает инфракрасный спектр назад на спираль, вызывая локальный перегрев именно поверхности спирали, при этом температура основной массы вольфрама остается как у обычной лампы. За счет этого яркость такой лампы получается как у перекальных ламп +30%, но живет она гораздо дольше. Правда и стоит столько, что проще каждые месяц менять перекальные лампы 🙂

Изначально эти лампы задумывались как некий промежуточный вариант между галогенками и газоразрядными лампами. Но эта тема «не взлетела» из за их дороговизны и малораспространенности. Такие автолампы бывают всего в двух цоколях похожих на HB3 и HB4 (HIR2 и HIR1). Например, эти лампы стоят в секции дальнего света в Lexus серии IS и ES, а также в ближнем свете некоторых праворульных японских авто, выпущенных для внутреннего рынка Японии.

И даже бывают лампы HIR вот такой причудливой формы, похожие на ксеноновые, но это не ксеноновые лампы!

Это HIR лампы фирмы General Electric, произведённые по лицензии Toshiba.

Лампы +30% +50% +150% и лампы повышенной мощности.

Все плюсовые лампы — это обычные перекальные галогенки, у которых спираль тоньше и короче. Другими словами, они расчитаны не на 14В бортовой сети, а на 10-11В. Светят чуть ярче, но очень недолго! Срок их службы исчисляется неделями, а то и днями. Потом они ожидаемо перегорают. Физически реально изготовить такие лампы с прибавкой к яркости в те самые 30%. Всё остальное — реклама. Никаких +150% там в принципе быть не может. Ушлые барыги используют специальную методику подсчёта этих самых процентов, но кто помнит напёрсточников и картёжников — суть здесь та же: в дураках всегда остаётся покупатель. Да и получить действительно ощутимую прибавку в освещённости таким способом всё равно не получится. Если вам не хватает света — нужно менять оптику, а не искать чудо лампы!

Кстати, если света обычных галогеновых фар вам не хватает — стоит замерять напряжение на клеммах аккумулятора при заведённом двигателе и сравнить показания вольтметра с напряжением на самих лампах. Если оно отличется больше чем на полвольта — можно получить заметную прибавку к яркости, пробросив дополнительные провода непосредственно к лампе. Как правило, на многих авто есть проблемы с разминусовкой, и утечка происходит именно в минусовом проводе. Иногда просто «заземлив» лампы дополнительным проводом, можно получить почти двухкратный прирост яркости ламп.

А вот ставить лампы повышенной мощности в обычные фары ни в коем случае нельзя! В лучшем случае у вас поплавится разъём лампы, хуже, если поплавится и загорится проводка. В современных авто используются очень тонкие провода на пределе их возможностей, поэтому проблемы с проводкой вам гарантированы.

Именно лампы накаливания дают практически линейный спектр, наиболее близкий к идеальному спектру абсолютно черного тела.

К тому же они дёшевы и лишены эффекта мерцания, в их конструкции нет вредных веществ. Поэтому во многих областях, критичных к цветопередаче (например, хирургии), эти лампы прочно занимают свою нишу, несмотря на свой основной недостаток: крайне низкую энергоэффективность. Говоря проще: жрут электричества много, света дают мало, но он очень качественный.

Часть 3. Светодиодные фары и лампы (LED) — в процессе написания